JPWO2010140248A1 - 風力発電装置及びその制御方法並びに風力発電システム - Google Patents

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Abstract

寒冷地に設置される場合において、電気機器類の損傷を防止することを目的とする。開閉器３を介して電力系統１０と接続される電源ユニット２３と、電源ユニット２３と電力系統１０との間に設けられ、電力系統１０の電圧を測定する系統電圧計測部２６と、電源ユニット２３の周囲温度を求めるための温度計測部２１とを具備し、温度計測部２１の計測値または計測値に基づいて推定された電源ユニット２３の周囲温度が前記電源ユニット２３の機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さく、かつ、系統電圧計測部２６によって計測される電圧が既定の電圧閾値よりも小さくなった場合に、開閉器３が作動することにより電源ユニット２３と電力系統１０との接続が切り離される風力発電装置２を提供する。

Description

本発明は、風力発電装置及びその制御方法並びに風力発電システムに関するものである。
従来、自然エネルギーである風力を利用して発電を行う風力発電装置が知られている。風力発電装置は、外気温度が−４０℃程度の低温度となる寒冷地に設置される場合がある。このような寒冷地では、外気温度の低下に伴い風力発電装置のナセル内部に設けられた電気機器類の温度が低下するため、この対策としてヒータ等によりナセル内部の電気機器類を所定温度に維持し、動作を補償することが提案されている。
特開２００３−２８８８３２号公報
しかしながら、従来は、このような寒冷地において、ヒータ類が動作していても外気温度の低下に伴って、電気機器類の温度がメーカ保証外の温度（例えば、−２５度）まで低下してしまうことがあった。
このような場合に、例えば、停電が発生し、その後に電力系統が停電状態から復電すると、電気機器類の周囲温度がメーカ保証外の温度になっているにも関わらず、電力系統側からの電力が風力発電装置の電気機器類に供給され、電気機器類が損傷するという問題があった。また、電気機器類に損傷が生じるために、風力発電装置の稼働率が低下するという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、寒冷地に設置される場合において、電気機器類の損傷を防止する風力発電装置及びその制御方法並びに風力発電システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の部を採用する。
本発明の第１の態様は、開閉器を介して電力系統と接続される電源ユニットと、前記電源ユニットと前記電力系統との間に設けられ、前記電力系統の電圧を測定する系統電圧計側部と、前記電源ユニットの周囲温度を求めるための温度計測部とを具備し、前記温度計測部の計測値または該計測値に基づいて推定された前記電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さく、かつ、前記系統電圧計側部によって計測される電圧が予め設定されている電圧閾値よりも小さくなった場合に、前記開閉器が作動することにより該電源ユニットと前記電力系統との接続が切り離される風力発電装置である。
このような構成によれば、電源ユニットが開閉器を介して電力系統に接続されている状態において、温度計測部の計測値またはこの計測値に基づいて推定される電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さくなり、かつ、電源ユニットと電力系統との間に設けられた系統電圧計側部から計測される電力系統の電圧が電圧閾値よりも小さくなった場合に、開閉器が作動して電源ユニットと電力系統との接続が切り離される。
これにより、電源ユニットの温度が電源ユニットの機能保証温度以下の状態において、停電等が発生することにより電力系統の電圧が低下した場合には、電源ユニットを電力系統から切り離すことが可能となる。この結果、例えば、電源ユニットが機能保証温度以下の状態にあるときに、電力系統の復電により電圧が電源ユニットに印加されることを防止でき、機能保証温度以外の温度において電圧が印加されることによって生じる電源ユニットの損傷を防止することができる。
前記電源ユニットと前記電力系統との接続が切り離されている状態において、前記温度計測部の計測値または前記電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第２温度閾値以上となった場合に、前記電源ユニットと前記電力系統とが接続されることとしてもよい。
これにより、電源ユニットの温度が機能保証温度内にある状態で電源ユニットと電力系統とを接続させることができる。
上記風力発電装置の前記電源ユニットはナセル内に設けられ、前記温度計測部は、前記ナセル内部に設けられることとしてもよい。
これにより、温度計測部をナセル外部に設けた場合と比べて、電源ユニットの周囲温度を精度よく測ることが可能となる。特に、電源ユニットに温度計測部を取り付けた場合には、電源ユニット自体の温度を計測することができるので、電源ユニットが使用可能な温度である限界の温度まで使用することができる。
上記風力発電装置の前記電源ユニットはナセル内に設けられ、前記温度計測部は、前記ナセルの外周に設けられており、前記温度計測部の計測値に基づいて前記電源ユニットの周囲温度が推定されることとしてもよい。
例えば、ナセルの外周に他の目的で設けられた温度計測機器がある場合には、それを流用し、この温度計測機器によって計測された値から電源ユニットの周囲温度を推定する。これにより、新たな機器を設置することなく電源ユニットの周囲温度を求めることができる。
上記風力発電装置において、前記電源ユニットはナセル内に設けられ、前記温度計測部は、前記ナセルの外周に設けられており、前記温度計測部の計測値が前記第１温度閾値よりも小さく、かつ、前記系統電圧計側部によって計測される電圧が前記電圧閾値よりも小さい状態が、所定期間継続した場合に、前記電源ユニットが前記電力系統から切り離されることとしてもよい。
電源ユニットに対して電力系統からの電力供給が行われている状態では、ナセル内に配置されたヒータにより暖機運転がされているため、電源ユニットの周辺温度とナセル外に設置された温度計測部による計測値とには温度差が生じることとなる。このような場合でも、停電等が発生することにより、電源ユニットへの電力供給が遮断されると、ヒータの作動が停止し、ナセル内の温度、換言すると、電源ユニットの周囲温度は、外気温度まで徐々に低下することとなる。
従って、上述のように、停電が発生してから、換言すると、系統電圧計側部によって計測される電圧が前記電圧閾値よりも小さい状態となってから所定期間経過したか否かを判定することにより、電源ユニットの周囲温度が第１温度閾値と略同値となった状態で、電源ユニットと電力系統とを切り離すことが可能となる。
上記風力発電装置は、前記電力系統と前記電源ユニットとの接続が切り離された状態において前記開閉器に電力を供給する蓄電装置を備え、前記所定期間は、前記蓄電装置の残容量に基づいて設定されることとしてもよい。
例えば、電力系統に停電等が発生し、電力系統から開閉器への電力供給が遮断された場合、蓄電装置から他の機器への電力供給が実施されるとともに、開閉器への開閉制御が行われる。従って、蓄電装置の残容量が、開閉器の開閉制御を行うために必要となる電荷量よりも低下してしまう前に、開閉器を開状態とする判定が行われなければならない。よって、上述のように、所定期間を蓄電装置の残容量に基づいて設定することにより、蓄電装置に開閉器を制御するための電荷量が確保された状態で開閉器の開指令が出されることとなる。これにより、蓄電装置からの電力供給により、電源ユニットと電力系統との接続を確実に切り離すことができる。
本発明の第２の態様は、上記いずれかに記載の風力発電装置と、該風力発電装置と電力系統との接続と非接続とを切り替える開閉器とを備える風力発電システムである。
このような構成によれば、電源ユニットを備える風力発電装置と電力系統との接続及び非接続を切り替える開閉器が備えられ、温度計測部の計測値またはこの計測値に基づいて推定される電源ユニットの周囲温度が第１温度閾値よりも小さくなり、かつ、電源ユニットと電力系統との間に設けられた系統電圧計側部から計測される電力系統の電圧が電圧閾値よりも小さくなった場合に、開閉器が作動して風力発電装置と電力系統との接続が切り離される。
これにより、電源ユニットの温度が電源ユニットの機能保証温度以下の状態にある場合に、停電等が発生することにより電力系統の電圧が低下した場合には、電源ユニットを電力系統から切り離すことが可能となる。この結果、例えば、電源ユニットが機能保証温度以下の状態にあるときに、電力系統の復電により電圧が電源ユニットに印加されることを防止でき、機能保証温度以外の温度において電圧が印加されることによって生じる電源ユニットの損傷を防止することができる。
本発明の第３の態様は、前記電源ユニットと前記電力系統との間において、前記電力系統の電圧を測定し、前記電源ユニットの周囲温度を求め、前記電源ユニットの周囲温度の計測値または該計測値に基づいて推定された前記電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さく、かつ、前記電力系統の電圧が既定の電圧閾値よりも小さくなった場合に、前記電源ユニットと前記電力系統との接続は切り離される風力発電装置の制御方法である。
このような制御方法によれば、電源ユニットの周囲温度の計測値またはこの計測値に基づいて推定される電源ユニットの周囲温度が第１温度閾値よりも小さくなり、かつ、電力系統の電圧が電圧閾値よりも小さくなった場合に、電源ユニットと電力系統との接続が切り離される。
これにより、電源ユニットの温度が電源ユニットの機能保証温度以下の状態にある場合に、停電等が発生することにより電力系統の電圧が低下した場合には、電源ユニットを電力系統から切り離すことが可能となる。この結果、例えば、電源ユニットが機能保証温度以下の状態にあるときに、電力系統の復電により電圧が電源ユニットに印加されることを防止でき、機能保証温度以外の温度において電圧が印加されることによって生じる電源ユニットの損傷を防止することができる。
本発明によれば、寒冷地に設置される風力発電装置における電気機器類の損傷を防止するという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る風力発電システムの全体構成の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る風力発電装置の概略構成を示した図である。 風力発電装置と電力系統との接続が切り離される場合の動作フローである。 風力発電装置と電力系統とが接続される場合の動作フローである。 ナセル外周から測定した外気温度と開閉器の開閉状態と蓄電装置の状態とを説明するための図である。
１ 風力発電システム
２ 風力発電装置
３ 開閉器
２１ 温度計測部
２２ 制御部
２３ 電源ユニット
２４ 蓄電装置
２５ 電力供給ライン
２６ 系統電圧計測部
以下に、本発明に係る風力発電装置及びその制御方法並びに風力発電システムの各実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る風力発電システム１の全体構成を示した図である。風力発電システム１は、風力発電装置２と開閉器３とを備えて構成されている。また、風力発電装置２は電力供給ライン２５を介して開閉器３と接続され、さらに開閉器３と電力系統１０とが図示しない変圧器等を介して接続されている。
開閉器３は、風力発電装置２と電力系統１０との、接続及び非接続を切り替える。開閉器３が閉状態となる場合には、風力発電装置２と電力系統１０とが接続状態とされ、開状態となる場合には、風力発電装置２と電力系統１０とが非接続状態とされる。
図２は、本実施形態に係る風力発電装置２の概略構成を示した図である。
風力発電装置２は、図２に示されるように、支柱７と、支柱７の上端に設置されるナセル６と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル６に設けられるロータヘッド４とを有している。ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状に３枚の風車ブレード５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車ブレード５に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換され、この動力が発電機によって電気エネルギーに変換されるようになっている。
また、図１に示されるように、風力発電装置２は、ナセル６の外周に温度計測部２１を備え、ナセル６の内部に制御部２２、電源ユニット２３、及び蓄電装置２４を備えている。また、電源ユニット２３と開閉器３とは電力供給ライン２５を介して接続されており、支柱７内の電力供給ライン２５経路上には系統電圧計測部２６が設けられている。
温度計測部２１は、電源ユニット２３の周囲温度を求めるために、取り付け位置における温度を計測する。具体的には、温度計測部２１は、ナセル６の外周に取り付けられており、この取り付け位置における外気温度を計測し、計測した外気温度を制御部２２に出力する。温度計測部２１によって計測された外気温度は、制御部２２によって電源ユニット２３の周囲温度を推定するために用いられる。
なお、温度計測部２１は、既存の風力発電装置において、他の目的でナセル外周に設置されている温度計測を行う装置を用いることとしてもよいし、新たに設けることとしてもよい。
蓄電装置２４は、ロータヘッド４が回転することによって生じた動力によって発電された電力及び電力系統１０から電力が供給されるようになっている。
蓄電装置２４は、停電等が生じることにより、制御部２２やその他の補機（例えば、電磁リレー等）に十分な電力が供給されなくなった場合に、これらの機器に電力を供給する。具体的には、蓄電装置２４の電力は、開閉器３に備えられる開閉ランプを点灯させるために用いられたり、開閉器３を開閉させるための電磁リレーへの駆動電力として用いられたりする。
系統電圧計測部２６は、電力供給ライン２５の経路上において、電力系統１０側の電圧を検出し、その結果を制御部２２に出力する。
電源ユニット２３は、発電によって生成された電力を、電力系統１０やナセル６内の機器等に供給する。また、電力系統１０から電力供給ライン２５を介して電源ユニット２３に電力が供給されるようになっている。
制御部２２は、温度計測部２１と系統電圧計測部２６とから取得したそれぞれの計測結果に基づいて、開閉器３に対して送信する「開（開状態）」及び「閉（閉状態）」の指令信号を決定し、指令信号を開閉器３に送信する。これにより、制御部２２は開閉器３を、温度計測部２１と系統電圧計測部２６との計測結果に基づいて制御することができる。
次に、上記構成を備える風力発電装置２の作動について説明する。なお、開閉器３が閉状態にある場合と、開状態にある場合とで制御部２２によって実行される処理内容が異なるため、以下の説明では、開閉器３が閉状態にある場合と、開状態にある場合とで分けて説明する。
〔開閉器３が閉状態にある場合の動作フロー〕
温度計測部２１と電源ユニット２３とが設けられる位置は異なるため、ナセル６の外周に設けられた温度計測部２１で計測される外気温度からナセル６内部に設けられた電源ユニット２３の周囲温度が推定される。例えば、電源ユニット２３の温度は、外気温度よりも＋５度高いとみなすとの設定がされていた場合には、制御部２２は、温度計測部２１によって計測された外気温度に＋５度加算することにより、電源ユニット２３の周辺温度を推定する。
続いて、制御部２２は、推定した電源ユニット２３の周辺温度が電源ユニット２３の機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さいか否かを判定する。第１温度閾値は、例えば、機能保証温度に設定されていてもよいし、機能保証温度に多少のマージンを持たせた値が設定されていてもよい。この値は、機能保証温度に基づき任意に設定できる値である。この結果、電源ユニット２３の推定周辺温度が第１温度閾値よりも小さかった場合には、続いて、系統電圧計測部２６から取得した電力系統１０側の電圧が電圧閾値よりも小さいか否かを判定する。このような判定を行うことにより、電力系統１０に停電が生じたか否かを判定する。
この結果、電力系統１０の電圧が電圧閾値よりも小さいと判定した場合には、制御部２２は、開閉器３に対して「開」指令信号を送出し、開閉器３を開状態にさせる。
ここで、開閉器３の開制御については、例えば、ナセル６内に配置されている蓄電装置２４からの電力供給により自動的に行われることとしてもよいし、例えば、現場作業員が現場に赴き、開閉器３を手動で閉状態とさせることとしてもよい。
このように、電源ユニット２３の推定周辺温度が第１温度閾値よりも小さく、かつ、電力系統１０の電圧が電圧閾値よりも小さい場合に、電源ユニット２３を電力系統１０から切り離すことにより、電源ユニット２３の温度が機能保証温度以下の状態にあるときに、電力系統１０の復電により電圧が電源ユニット２３に印加されることを防止できる。この結果、機能保証温度以外の温度において電圧が印加されることによって生じる電源ユニット２３の損傷を防止することができる。
なお、停電している期間が短い場合（例えば、数秒単位や数分単位）には、復電による電源ユニット２３への影響は小さいため、例えば、停電の状態が所定期間維持された場合に、開閉器３を開状態とすることとしてもよい。これにより、一時的な電力低下等により、開閉器３の開閉制御が頻繁に行われることを防止することができ、開閉器３の開閉制御を安定させることができる。
〔開閉器３が開状態にある場合の動作フロー〕
制御部２２は、温度計測部２１によって計測された外気温度から電源ユニット２３の周辺温度を推定し、この電源ユニット２３の推定周辺温度が電源ユニット２３の機能保証温度から決定される第２温度閾値以上であるか否かを判定する。ここで、第２温度閾値は、電源ユニット２３の温度が機能保証温度以上であることを判定するための温度であり、例えば、上述した第１温度閾値と同値又はそれよりも大きい値に設定されている。この結果、電源ユニット２３の推定周辺温度が第２温度閾値以上であった場合には、制御部２２は、開閉器３を閉状態にさせる「閉」指令を出力する。これにより、開閉器３が開状態から閉状態とされ、電源ユニット２３と電力系統１０とが接続される。
このように、電源ユニット２３の推定周辺温度が第２温度閾値以上である場合に、開閉器３を閉状態とするので、電源ユニット２３の温度が機能保証温度内にある状態で、電源ユニット２３と電力系統１０とを確実に接続させることができる。
以上、説明してきたように、本実施形態に係る風力発電装置２及びその制御方法並びに風力発電システム１によれば、電源ユニット２３の温度が機能保証温度以下の状態にあるときに、電力系統１０が停電から復電することにより、電圧が電源ユニット２３に印加されることを防止できる。この結果、機能保証温度以外の温度において電圧が印加されることによって生じる電源ユニット２３の損傷を防止することができる。
更に、電源ユニット２３の推定周囲温度が第２温度閾値以上の状態で、開閉器３を閉状態とするので、電源ユニット２３の温度が機能保証温度内にある状態で、電源ユニット２３と電力系統１０とを確実に接続させることができる。
なお、上述の第１の実施形態においては、ナセル６の外周に設置された温度計測部２１の計測値に所定温度（例えば、５度）を加算することにより、電源ユニット２３の周囲温度を推定していたが、外気温度から電源ユニット２３の周囲温度を推定する方法については、この方法に限られない。
例えば、電源ユニット２３の周囲温度が外気温度だけではなく、他の要因、例えば、ナセル６内に配置されている暖気のためのヒータ等からの熱の影響を受けるような場合には、ヒータに関するパラメータを有する所定の演算式を用いて、外気温度から電源ユニット２３の周囲温度を推定することとしてもよい。これにより、電源ユニット２３の周囲温度の推定精度を高めることができる。
また、温度計測部２１の設置位置をナセル６内部とすることとしてもよい。これにより、温度計測部２１をナセル６の外周に取り付けるよりも電源ユニット２３の温度を精度よく測ることが可能となる。これにより、外気温度とナセル６内の温度との温度関係が変化する場合にも対応できる。
また、例えば、温度計測部２１を電源ユニット２３に取り付けることとしてもよい。これにより、電源ユニット２３自体の温度を計測することができるので、電源ユニット２３が機能保証される許容範囲の限界の温度（例えば、機能保証される最低温度）に第１温度閾値を設定することができる。これにより、電源ユニット２３は機能保証される温度の限界まで使用することが可能となる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置２及びその制御方法並びに風力発電システムについて説明する。
本実施形態に係る風力発電システム１は、上述した第１の実施形態と同様の構成を備えるが、制御部２２による開閉器３の開閉制御の判断手法処理が異なる。具体的には、上述した第１の実施形態では、外気温度から電源ユニット２３の周囲温度を推定し、この推定周囲温度と第１温度閾値とを比較していたが、本実施形態では、外気温度をそのまま第１温度閾値と比較することにより、開閉器３の開閉判断を行うこととしている。
以下、制御部２２によって実行される開閉器３の開閉判断処理について図３及び図４を参照して説明する。
〔開閉器３が閉状態にある場合の動作フロー〕
制御部２２は、ナセル６の外周に設けられた温度計測部２１で計測される外気温度が電源ユニット２３の機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さいか否かを判定する（図３のステップＳＡ１）。
この結果、温度計測部２１で計測される外気温度が第１温度閾値よりも小さかった場合には（図３のステップＳＡ１において「ＹＥＳ」）、続いて、系統電圧計測部２６から取得した電力系統１０の電圧が電圧閾値よりも小さいか否かを判定する（図３のステップＳＡ２）。これにより、停電が発生したか否かを判定する。
この結果、電力系統１０の電圧が電圧閾値よりも小さいと判定した場合には、制御部２２は、外気温度が第１温度閾値よりも小さく、かつ、電力系統１０の電圧が電圧閾値よりも小さい状態が所定期間維持されたか否かを判定する。
ここで、所定期間維持されたか否かを判定する意義について説明する。
本実施形態においては、上述した第１の実施形態のように、外気温度から電源ユニット２３の周辺温度を推定するのではなく、外気温度が第１温度閾値よりも低下した状態が所定の期間経過したときに、外気温度と電源ユニット２３の周辺温度とが一致したとみなすこととしている。
通常、外気温度が所定値以下となると、ナセル６内のヒータ等が作動することにより、暖気が行われる。これにより、電源ユニット２３の温度低下を抑制することができるが、例えば、停電が発生することにより、ヒータへの電力供給が切断されてしまうと、電源ユニット２３の温度は徐々に低下し、いずれ外気温度まで低下する。
従って、本実施形態では、ヒータが作動しない状態、つまり、電力系統１０の電圧が電力閾値よりも小さい状態が所定期間継続した場合に、電源ユニット２３の周囲温度と外気温度とを同値とみなし、電源ユニット２３の周囲温度が第１温度閾値よりも小さくなったと判断することとしている。また、このようなことから、上記所定期間とは、例えば、電源ユニット２３の周囲温度が低下して外気温度に到達するまでに要する時間といえる。
上記ステップＳＡ３の結果、外気温度が第１温度閾値よりも小さく、かつ、電力系統１０の電圧が電圧閾値よりも小さい状態が所定期間維持されたと判定した場合には、制御部２２は開閉器３に対して「開」指令信号を送出し、開閉器３を開状態とさせる（ステップＳＡ４）。なお、ステップＳＡ１からステップＳＡ３において、いずれかの条件を満たさない場合にはステップＳＡ１に戻り、所定間隔で上記判定が繰り返し行われる。
〔開閉器３が開状態にある場合の動作フロー〕
制御部２２は、温度計測部２１によって計測された外気温度が電源ユニット２３の機能保証温度から決定される第２温度閾値以上であるか否かを判定する。なお、この時点では、すでにヒータによる暖機が停止されているため、外気温度と電源ユニット２３の温度とを同値として取り扱うことができる。従って、外気温度を電源ユニット２３の周辺温度とみなして判断処理を進めることが可能である。
ステップＳＢ１において、外気温度が第２温度閾値以上であった場合には、制御部２２は、開閉器３を閉状態にさせる「閉」指令を出力する。これにより、開閉器３が開状態から閉状態とされ、電源ユニット２３と電力系統１０とが接続される。
以上説明したように、本実施形態に係る風力発電装置２及びその制御方法並びに風力発電システム１によれば、電源ユニット２３の周囲温度を推定するのではなく、ナセル６の外周に設置された温度計測部２１によって計測された外気温度をそのまま用いて開閉器３の開閉制御を行う。これにより、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、電源ユニット２３の周囲温度を推定する処理を不要とすることができる。
また、上述したように、本実施形態では、停電状態が所定期間維持されたことを持って、外気温度と電源ユニット２３の周辺温度とが同値であるとみなすこととしていたが、所定期間経過したことを待つことなく、つまり、周辺温度をそのまま電源ユニット２３の周辺温度とみなして、周辺温度が第１温度閾値未満となり、かつ、系統電圧が電圧閾値未満となった場合に、開閉器３を開状態としてもよい。このように、外気温度を電源ユニット２３の周辺温度とみなした場合、両者の差分は、上記例に比べて大きくなるが、その場合でも、電源ユニット２３の温度が外気温度よりも低下することはほとんどないため、電源ユニット２３の機能保証温度以下の状態での電圧印加を防止することは依然として可能である。
なお、開閉器３の開閉については、現場作業員により手動で行ってもよいし、ナセル６内に配置されている蓄電装置２４からの電力供給により自動的に行われることとしてもよい。蓄電装置２４からの電力供給により自動的に開閉器３を制御する場合には、開閉器３を開閉させるために必要となる電力が蓄電装置２４に蓄電されている必要がある。つまり、本実施形態では、停電が発生し、電力系統１０からの電力供給が遮断された状態においては、開閉器３に対して蓄電装置２４からの電力供給がなされる。このため、蓄電装置２４の残容量は停電発生時を境に急速に低下する（例えば、図５の時刻ｔ３からｔ４を参照）。
このため、例えば、停電が発生してから開閉器３を開状態とするまでの期間を長くとってしまうと、この期間経過後には、蓄電装置２４の残容量が開閉器３が作動するために必要とされる残容量以下まで低下してしまう可能性がある。このような理由から、蓄電装置２４からの電力供給により開閉器３の開閉を自動的に制御する場合には、図３におけるステップＳＡ３の所定期間は、蓄電装置２４の残容量に基づいて決定されることが好ましい。
次に、本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置２の作用について具体例を挙げ、図３から図５を参照して説明する。図５は、温度計測部２１によって計測される外気温度と、これに関連して動作する機器等の状態の変化を示した図である。また、本実施形態においては、上記第１温度閾値は−３０度に設定されており、第２温度閾値は、−２５度に設定されている場合について説明する。また、ここでは、開閉器３を開状態とする制御については蓄電装置２４からの電力供給によって行われ、開閉器３を閉状態とする制御については現場作業員によって手動で行われる場合について説明する。
まず、図５の時刻ｔ１から温度が徐々に低下し、例えば、−２５度になると、発電機の運転が停止される。更に、温度が低下し、時刻ｔ２において外気温度が−３０度未満になると、制御部２２における図３のステップＳＡ１の処理において「ＹＥＳ」と判断される。また、外気温度が所定の温度以下となったところで、ナセル６内のヒータが作動し、ナセル６内における暖気が行われる。
続いて、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて更に温度低下が進み、時刻ｔ３において、電力系統１０に停電等が発生して、電力系統１０の電圧が電圧閾値（例えば、０ボルト）より小さくなると、制御部２２における図３のステップＳＡ２の処理において「ＹＥＳ」と判断される。また、このとき、停電等の発生により、ヒータへの電力供給が遮断される。更に、停電等の発生により、電力系統１０から開閉器３への電力供給も遮断されるので、代替の電源として設けられている蓄電装置２４から開閉器３に対し電力が供給される。これにより、蓄電装置２４の残容量は時間とともに低下する。
その後、時刻ｔ４において、外気温度が所定の温度未満であり、かつ、電力系統１０の電圧が電圧閾値未満の状態が所定期間維持されたと判断されると、制御部２２における図３のステップＳＡ３の処理において「ＹＥＳ」と判断され、制御部２２から開閉器３を開状態にする「開」指令信号が開閉器３に出力される。なお、このときの所定期間は、蓄電装置２４の残容量が、開閉器３の開閉制御を行うのに必要な電力に対応する残容量以下とならない範囲に設定されている。
開閉器３は、「開」指令信号を取得すると、蓄電装置２４からの電力供給を受け、開状態となる。開閉器３が開状態となり、開閉器３への電力供給が不要となると、開閉器３への放電は停止され、蓄電装置２４は自然放電状態となる。
このような状態で、図５の時刻ｔ５において電力系統１０が復電し、また、外気温度についても上昇し始め、時刻ｔ６において−２５度以上となると、制御部２２における図４のステップＳＢ１において「ＹＥＳ」と判断され、制御部２２から開閉器３を閉状態にする「閉」指令信号が開閉器３に出力される。これにより、開閉器３は閉状態となり、電力ユニット２３と電力系統１０とが接続される。
電力系統１０からの電力供給が再開されることにより、ナセル６内部のヒータが作動し、暖機運転が再開される（図４のステップＳＢ４）。そして、ヒータにより、ナセル６内に配置された電気機器が温められ、所定の温度（例えば、各機器の機能保証温度）まで温められると、風力発電装置２の運転が再開される（図４のステップＳＢ４）。これにより、風力発電装置２による発電が再開され、その発電電力が蓄電装置２４にも供給されることにより、蓄電装置２４の充電が行われる。
この結果、電力系統１０の電圧が電圧閾値よりも小さいと判定した場合には、制御部２２は、開閉器３に対して「開」指令信号を送出し、開閉器３を開状態にさせる。
ここで、開閉器３の開制御については、例えば、ナセル６内に配置されている蓄電装置２４からの電力供給により自動的に行われることとしてもよいし、例えば、現場作業員が現場に赴き、開閉器３を手動で開状態とさせることとしてもよい。
本発明の第３の態様は、開閉器を介して電力系統と接続される電源ユニットと前記電力系統との間において、前記電力系統の電圧を測定し、前記電源ユニットの周囲温度を求め、前記電源ユニットの周囲温度の計測値または該計測値に基づいて推定された前記電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さく、かつ、前記電力系統の電圧が既定の電圧閾値よりも小さくなった場合に、前記電源ユニットと前記電力系統との接続は切り離される風力発電装置の制御方法である。

Claims (8)

  1. 開閉器を介して電力系統と接続される電源ユニットと、
    前記電源ユニットと前記電力系統との間に設けられ、前記電力系統の電圧を測定する系統電圧計側部と、
    前記電源ユニットの周囲温度を求めるための温度計測部とを具備し、
    前記温度計測部の計測値または該計測値に基づいて推定された前記電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さく、かつ、前記系統電圧計側部によって計測される電圧が予め設定されている電圧閾値よりも小さくなった場合に、前記開閉器が作動することにより該電源ユニットと前記電力系統との接続が切り離される風力発電装置。
  2. 前記電源ユニットと前記電力系統との接続が切り離されている状態において、前記温度計測部の計測値または前記電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第２温度閾値以上となった場合に、前記電源ユニットと前記電力系統とが接続される請求項１に記載の風力発電装置。
  3. 前記電源ユニットはナセル内に設けられ、
    前記温度計測部は、前記ナセル内部に設けられる請求項１または請求項２に記載の風力発電装置。
  4. 前記電源ユニットはナセル内に設けられ、
    前記温度計測部は、前記ナセルの外周に設けられており、
    前記温度計測部の計測値に基づいて前記電源ユニットの周囲温度が推定される請求項１または請求項２に記載の風力発電装置。
  5. 前記電源ユニットはナセル内に設けられ、
    前記温度計測部は、前記ナセルの外周に設けられており、
    前記温度計測部の計測値が前記第１温度閾値よりも小さく、かつ、前記系統電圧計側部によって計測される電圧が予め設定されている電圧閾値よりも小さい状態が、所定期間継続した場合に、前記電源ユニットが前記電力系統から切り離される請求項１または請求項２に記載の風力発電装置。
  6. 前記電力系統と前記電源ユニットとの接続が切り離された状態において前記開閉器に電力を供給する蓄電装置を備え、前記所定期間は、前記蓄電装置の残容量に基づいて設定される請求項５に記載の風力発電装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の風力発電装置と、
    該風力発電装置と電力系統との接続と非接続とを切り替える開閉器とを備える風力発電システム。
  8. 前記電源ユニットと前記電力系統との間において、前記電力系統の電圧を測定し、
    前記電源ユニットの周囲温度を求め、
    前記電源ユニットの周囲温度の計測値または該計測値に基づいて推定された前記電源ユニットの周囲温度が前記電源ユニットの機能保証温度に基づいて決定される第１温度閾値よりも小さく、かつ、前記電力系統の電圧が既定の電圧閾値よりも小さくなった場合に、前記電源ユニットと前記電力系統との接続が切り離される風力発電装置の制御方法。
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